Question

1．“低碳生活”不只是一种理想，更是一种值得期待的新的生活方式．
（1）将CO₂与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等．
①已知：Fe₂O₃（s）+3C（石墨）═2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ/mol
C（石墨）+CO₂（g）═2CO（g）△H₂=+172.5kJ/mol；则CO还原Fe₂O₃的热化学方程式为Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5kJ•mol^-1；
②氯化钯（PdCl₂）溶液常被应用于检测空气中微量CO．PdCl₂被还原成单质，反应的化学方程式为PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl；
（2）将两个石墨电极插入KOH溶液中，向两极分别通入C₃H₈和O₂，构成丙烷燃料电池．
①负极电极反应式是：C₃H₈ +26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O；
②某同学利用丙烷燃料电池设计了一种电解法制取Fe（OH）₂的实验装置（如图所示），通电后，溶液中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色．下列说法中正确的是ABD（填序号）
A．电源中的a一定为正极，b一定为负极   
B．可以用NaCl溶液作为电解液
C．A、B两端都必须用铁作电极
D．阴极发生的反应是：2H⁺+2e^-=H₂↑
（3）在一定温度下，氧化铁可以与一氧化碳发生反应：Fe₂O₃（s）+3CO（g）?2Fe（s）+3CO₂（g）．已知该反应在不同温度下的平衡常数如表：

温度/℃	1000	1150	1300
平衡常数	64.0	50.7	42.9

①该反应的平衡常数表达式K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，△H＜0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②在一个容积为10L的密闭容器中，1 000℃时加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，反应经过10min后达到平衡．求该时间范围内反应的平均反应速率v（CO₂）=0.006mol•L^-1，CO的平衡转化率为60%．
③欲提高②中CO的平衡转化率，可采取的措施是C．
A．减少Fe的量 B．增加Fe₂O₃的量  C．移出部分CO₂  D．提高反应温度 E．减小容器的容积  F．加入合适的催化剂
（4）将2.4g碳在足量氧气中燃烧，所得气体通入100mL 3.0mol/L的氢氧化钠溶液中，完全吸收后，溶液中所含离子的物质的量浓度由大到小的顺序为c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

Answer 1

分析 （1）①依据热化学方程式和盖斯定律计算得到所需热化学方程式；②根据氧化还原反应规律，CO与PdCl₂溶液反应，PdCl₂被还原成单质，则CO被氧化成CO₂，根据质量守恒定律，有水参与反应同时生成氯化氢，据此写出反应的化学方程式即可；
（2）①根据C₃H₈和O₂构成丙烷燃料电池的总反应：C₃H₈+5O₂+6OH^-=3CO₃^2-+7H₂O，正极发生还原反应，电极反应式为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，而负极电极反应式=总反应方程式-正极的电极反应式来解答；
②A、B端析出氢气可驱赶原溶液中溶解的少量氧气；B、电解液选用NaCl溶液不影响实验，因为阳极是铁失电子生成亚铁离子，溶液中的阴离子不放电； C、阳极应该用铁电极，阴极用惰性电极亦可； D、B电极反应是阴极氢离子放电生成氢气；
（3）①平衡常数为生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积；图表数据分析，随温度升高平衡常数减小；
②依据化学平衡三段式列式计算，令平衡时CO的物质的量变化为nmol，利用三段式表示出平衡时CO、CO₂的物质的量，化学计量数都是1，利用物质的量代替浓度代入平衡常数计算n的值，进而计算CO的浓度变化量，反应速率v=$\frac{△c}{△t}$，转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
③提高CO的平衡转化率，应使平衡向正反应移动，但不能增大CO的用量，结合选项根据平衡移动原理分析；
（4）2.4g碳是0.2mol，燃烧生成0.2molCO₂，与0.3molNaOH反应的化学方程式为：2CO₂+3NaOH=NaHCO₃+Na₂CO₃+H₂O，生成0.1molNa₂CO₃、0.1molNaHCO₃，在含等物质的量的碳酸钠、碳酸氢钠的溶液中，碳酸根离子水解大于碳酸氢根离子的水解，水解使溶液显碱性，以此来解答．

解答 解：（1）①Fe₂O₃（s）+3C（石墨）=2Fe（s）+3CO（g）△H₁=+489.0kJ•mol^-1
②C（石墨）+CO₂（g）=2CO（g）△H₂=+172.5kJ•mol^-1
由盖斯定律①-②×3得到：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1，
故答案为：Fe₂O₃（s）+3CO（g）=2Fe（s）+3CO₂（g）△H=-28.5 kJ•mol^-1；
②氧化还原反应规律，CO与PdCl₂溶液反应，PdCl₂被还原成单质，则CO被氧化成CO₂，根据质量守恒定律，有水参与反应同时生成氯化氢，反应的化学方程式为：PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl，故答案为：PdCl₂+CO+H₂O=Pd+CO₂+2HCl；
（2）C₃H₈和O₂构成丙烷燃料电池的总反应：C₃H₈+5O₂+6OH^-=3CO₃^2-+7H₂O，正极发生还原反应，电极反应式为：O₂+4e^-+2H₂O=4OH^-，负极发生氧化反应，电极反应式为：C₃H₈ +26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O；故答案为：C₃H₈ +26OH^--20e^-=3CO₃^2-+17H₂O；
②A、因为生成的氢气将装置中原有氧气溢出，所以氢气从B端阴极析出，A电极则是铁做阳极失去电子生成亚铁离子，电源中的a与A相连，则a为正极，b与B相连，则b为负极，故A正确；
  B、电解池中阳极是铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，阴极是溶液中的氢离子得电子发生还原反应，所以电解质溶液中的阴离子不会在阳极失电子，所以选用NaCl溶液不影响实验，故B正确；
  C、阳极应该用铁电极，阴极可以是铁也可以是其他惰性电极，故C错误；
  D、阴极氢离子放电，其电极反应为2H⁺+2e^-=H₂↑，故D正确；
故选：ABD；
（3）①因平衡常数等于生成物浓度幂之积除以反应物浓度幂之积，则K=$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，图表数据分析，随温度升高平衡常数减小，正反应是放热反应，△H＜0；
故答案为：$\frac{{c}^{3}（C{O}_{2}）}{{c}^{3}（CO）}$，＜；
②在一个容积为10L的密闭容器中，1 000℃时加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，Q＜K=64，反应正向进行，反应经过10min后达到平衡，
令平衡时CO的物质的量变化为nmol，则：
Fe₂O₃（s）+3CO（g）?Fe（s）+3CO₂（g）
开始（mol）：1               1
变化（mol）：n               n
平衡（mol）：1-n            1+n
所以$\frac{（1+n）^{3}}{（1-n）^{3}}$=64，解得n=0.6mol，
所以n（CO）=$\frac{\frac{0..6mol}{10L}}{10min}$=0.006mol•L^-1•min^-1，
CO的平衡转化率为$\frac{0.6mol}{1mol}$×100%=60%，
故答案为：0.006 mol•L^-1•min^-1；60%；
③A．铁是固体，减少Fe的量，不影响平衡移动，CO的平衡转化率不变，故A错误；
B．氧化铁是固体，增加Fe₂O₃的量，不影响平衡移动，CO的平衡转化率不变，故B错误；
C．移出部分CO₂，平衡向正反应移动，CO的平衡转化率增大，故C正确；
D．该反应正反应是放热反应，提高反应温度，平衡向逆反应移动，CO的平衡转化率降低，故D错误；
E．反应前后气体的物质的量不变，减小容器的容积，增大压强平衡不移动，CO的平衡转化率不变，故E错误；
F．加入合适的催化剂，平衡不移动，故F错误；
故选C；
（4）2.4g碳是0.2mol，燃烧生成0.2molCO₂，与0.3molNaOH反应的化学方程式为：2CO₂+3NaOH=NaHCO₃+Na₂CO₃+H₂O，生成0.1molNa₂CO₃、0.1molNaHCO₃，在含等物质的量的碳酸钠、碳酸氢钠的溶液中，c（Na⁺）最大，碳酸根离子水解大于碳酸氢根离子的水解，则c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-），水解使溶液显碱性，则c（OH^-）＞c（H⁺），显性离子大于隐性离子，所以c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），即离子浓度大小为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺），故答案为：c（Na⁺）＞c（HCO₃^-）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（H⁺）．

点评 本题考查化学平衡的有关计算、化学反应速率计算、平衡常数等，难度中等，化学平衡移动原理分析判断是关键，题目难度中等．